一种全自动气液置换变截面虹吸水流发生装置的制作方法

本发明涉及输水装置领域，尤其指一种全自动气液置换变截面虹吸水流发生装置。

背景技术：

天然水体中含气率约2%，即水中溶解性气体20L/m³，当压力降到某一值时会以微气泡形式析出。水流入口处都产生漩涡。漩涡无处不在，是一种非常复杂的流体运动形式，进水口漩涡的危害：1、增加水流阻力，缩减过水面积，减少进水量，降低流量系数，出现吸气漩涡时，可使过流能力减少80%。2、加剧水流脉动产生强烈脉动压力，引起机组或结构物振动。3、降低机组效率，强烈的吸气漩涡可减少机组80%的效率。4、卷吸漂浮物堵塞或损坏设备等。

资料表明，在进水口上方水面都可能发生涡旋，一种是具有大尺度的准稳定性的水面涡旋，一种是小尺度随机出现的水面涡旋从工程观点看，进水口形成的涡旋一般分为自由表面漩涡、水下漩涡和管道螺旋涡三种，其中自由表面漩涡对工程影响最大，为了避免漩涡引起的各种问题，有时不得不在较小流量下进行。根据毕奥一沙伐定律，越靠近漩涡中心，其速度愈高，静压愈低，从而渗入的空气就愈多，不但降低了管道的充盈度，而且螺旋运动增加了行程和沿程阻力损失，漩涡存在紊流加剧，主流与漩涡区不断有质量能量交换，质点间摩擦碰撞消耗大量机械能。

粘性是产生漩涡的根本因素，而具有流速梯度的流场使粘性发挥效应从而形成漩涡运动。漩涡的形成与进口流速尺寸和淹没深度有关。改善进水口的体形结构，减小进水口流速尽可能降低，破坏不利水流流态能有效防止吸气漩涡的产生，双孔进水明显好于单孔进水，进水口上方30°范围内是漩涡易发区域。

水泵进水口存在预旋，吸入管中同样有涡流。泵前吸入管中的有旋的混合涡流，来源于泵叶轮的旋转，其通过液体粘性从泵内传入到吸入管中。其强度随离泵入口距离的增加而减弱，涡流区在离泵入口7倍管径的范围内，直接影响到泵的扬程和流量。泵出口的漩涡进入下游管道正常管流区，同时进水口的漩涡会造成较强的脉动运动，给水泵的工作状态带来不利，增加振动和噪音。针对正常管流中气体和螺旋漩涡的混合流动，是影响流量和增加压力损失的主要因素。

在水处理、供水、管网及水利灌溉、长距离输送工程中，为了节能降耗，人们总希望管道流体在一定的流道形式，壁面粗糙度和水流态一定的条件下，能够降低管道沿程阻力损失，增大流量的目的。但是由于进水口水面的吸气涡旋，导致进入水中的空气增加，另一方面，溶入水中的空气降低了管中的充盈度，不能满足流动降低了流量，另一方面，涡旋使水流在在管中不是直线行进，而是沿螺旋线方向流动，无形中增加了行程（比管道的实际长度长）从而增加了沿程损失。除了对管道本身（如内表面等）加以改进之外减少溶入水中的气体，改善管道内水体的流动品质，才是减少阻力损失，增大流量的主要因素。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种全自动气液置换变截面虹吸水流发生装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全自动气液置换变截面虹吸水流发生装置，由进水口管束整流器，变截面虹吸管，智能全自动气液交换罐和泵进、出口管道网格整流器组成；所述进水口管束整流器设置在变截面虹吸管进水口端，变截面虹吸管最高处设置智能全自动气液交换罐，管道网格整流器设置在变截面虹吸管和出水口连接处加压泵蹦进水口和泵出水口；所述进水口管束整流器，变截面虹吸管，智能全自动气液交换罐，泵进、出口管道网格整流器依次连接。

进一步的，所述进水口管束整流器包括底座及进水口段，双曲线进口稳流段，管束稳流段，双曲线出口稳流段四部分，所述进水口管束整流器长径比为1:1.25-5，所述双曲线进口稳流段占整个进水口管束整流器长度的3/8，所述管束稳流段占整个进水口管束整流器长度的1/2，所述双曲线出口稳流段占整个进水口管束整流器长度的1/8，所述管束稳流段内设置有均匀分布的圆管，所述圆管内径为进水口管束整流器直径的1/4-1/6，所述双曲线进口稳流段和双曲线出口稳流段管壁曲线符合双曲线函数x·y=1/8DT²曲线。

进一步的，所述变截面虹吸管进水口和出水口液面高度差为200-400mm。

进一步的，所述智能全自动气液交换罐包括罐体，电动阀DC₁、DC₂、DC₃，进水管，排气管，控制屏，所述DC₁设置在排气管和罐体之间，所述DC₂设置在进水管和罐体之间，所述DC₃设置在变截面虹吸管最高处和罐体之间。

进一步的，所述管道网格稳流器包括网格栅板和两端各一段管道网格整流器双曲线变径段，所述管道网格整流器双曲线变径段长度占管道网格稳流器总长度1/3。

附图说明

图1 进水口管束整流器断面结构示意图。

图2 图1A-A向断面示意图。

图3 出口管道网格整流器断面结构示意图。

图4 图3A-A向断面示意图。

图5 智能全自动气液交换罐断面结构示意图。

图6 本申请在加压供水装置中应用示意图。

图7 本申请在常压供水装置中应用示意图。

图中 1、底座及进水口段，2、双曲线进口稳流段，3、管束稳流段，4、双曲线出口稳流段，5、进水管，6、排气管，7、控制屏，8、罐体，9、网格栅板，10、管道网格整流器双曲线变径段，11、进水口管束整流器，12、变截面虹吸管，13、智能全自动气液交换罐，14、管道网格整流器，15、水泵，

本发明的有益效果是：通过该虹吸流发生装置，在进水源头上削弱了漩涡的影响。改善了流动品质，使其流动较均匀。可使管道水体充盈度达到99%以上。过流能力增加20%以上，压力损失降低15%以上。虹吸流水体输送技术对已有管网的改造和新建管网的设计应用，在节能降耗，维修维护方面都与常规输水系统有着无可比拟的优势，是一种符合循环经济理念的绿色环保技术产品。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

参见图1-7，一种全自动气液置换变截面虹吸水流发生装置，由进水口管束整流器，变截面虹吸管，智能全自动气液交换罐和泵进、出口管道网格整流器组成；所述进水口管束整流器设置在变截面虹吸管进水口端，变截面虹吸管最高处设置智能全自动气液交换罐，管道网格整流器设置在变截面虹吸管和出水口连接处加压泵蹦进水口和泵出水口；所述进水口管束整流器，变截面虹吸管，智能全自动气液交换罐，泵进、出口管道网格整流器依次连接。

所述进水口管束整流器包括底座及进水口段，双曲线进口稳流段，管束稳流段，双曲线出口稳流段四部分，所述进水口管束整流器长径比为1:1.25-5，所述双曲线进口稳流段占整个进水口管束整流器长度的3/8，所述管束稳流段占整个进水口管束整流器长度的1/2，所述双曲线出口稳流段占整个进水口管束整流器长度的1/8，所述管束稳流段内设置有均匀分布的圆管，所述圆管内径为进水口管束整流器直径的1/4-1/6，所述双曲线进口稳流段和双曲线出口稳流段管壁曲线符合双曲线函数x·y=1/8DT²曲线。

所述变截面虹吸管进水口和出水口液面高度差为200-400mm。

所述智能全自动气液交换罐包括罐体，电动阀DC₁、DC₂、DC₃，进水管，排气管，控制屏，所述DC₁设置在排气管和罐体之间，所述DC₂设置在进水管和罐体之间，所述DC₃设置在变截面虹吸管最高处和罐体之间。

所述管道网格稳流器包括网格栅板和两端各一段管道网格整流器双曲线变径段，所述管道网格整流器双曲线变径段长度占管道网格稳流器总长度1/3。

运行前，通过智能型全自动气液交换罐，使变径（截面）双虹吸管内充满水体，并处于运行状态。通过管道进水口整流装置1，大规格变径（截面）双虹吸管2及全自动气液交换缸3，共同组成了虹吸流发生装置。

为确保变径虹吸管在运行中持续负压的存在，避免因管件连接跑冒、滴漏等破坏虹吸水流的正常运行，在变径虹吸管的最高部位安装全自动虹吸排气装置，通过自动化控制屏。确保气液交换缸内的水位缸体直径的1/2以上，启动时DC_1、 DC₂打开，DC₃ 常闭，待管内水体充满后，进入运行状况。运行状况下电动阀DC₃常开，DC_1、 DC₂常闭。并智能化循环重复上述过程。保证渗入虹吸中的气体能顺利进入气液交换箱上部，提高管道的充盈度，同时在负压条件下，使溶解于水中的气体析出形成微气泡进入气液交换罐。在源头上保证进入管网中的水流，尽可能降低“气阻”的影响，减少压力损失，提高末端用水点的富裕水头增大供水量。

本发明通过该虹吸流发生装置，在进水源头上削弱了漩涡的影响。改善了流动品质，使其流动较均匀。可使管道水体充盈度达到99%以上。过流能力增加20%以上，压力损失降低15%以上。虹吸流水体输送技术对已有管网的改造和新建管网的设计应用，在节能降耗，维修维护方面都与常规输水系统有着无可比拟的优势，是一种符合循环经济理念的绿色环保技术产品。

最后需要说明的是，具体实施方式是对本发明的进一步说明而非限制，对本领域普通技术人员来说，可以在不脱离本发明实质内容的情况下做进一步变换，而所有这些变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。